Virüs ağları bakterilerin evrimini hızlandırmaya mı yardımcı oluyor?
Yeni keşfedilen bir mekanizma, virüslerin bakteriler arasında öncekine göre 1.000 kat daha sık gidip gelebileceğini ve hücre evriminde ana güç haline gelebileceğini gösteriyor. Bakterilerin ince bir evrimsel avantajı vardır: kendi ağlarında hayatta kalma planlarını değiştirmek için kullanılabilirler. Canlı bir virüs ağı, genetik bilgiyi ilgisiz hücreler arasında yayabilir. Bu aktarım süreci "transdüksiyon" olarak adlandırılır ve bakterilerin dikey kalıtımı atlayarak bilgiyi yatay olarak paylaşmasının yollarından biridir ve doğal seçilim tarafından yavaşça oluşan genlerin anında yeni bir popülasyona girmesine izin verir. Bilim adamları, iletim ağının bakterilerin evrimini yüzyıllar boyunca kesinlikle etkileyeceğini anlıyor ve iletim ağının neden olduğu etkinin zamanla sınırlı olduğunu, çünkü iletimin kendisi çok nadir olduğunu düşünüyor.
-Bilimin Popülerleştirilmesi: Bununla birlikte, Science dergisinde yayınlanan bir araştırma, öncekinden 1.000 kat daha sık meydana gelen ve bakterilerin evrimini benzer derecede hızlandırabilen yeni bir transdüksiyon mekanizması buldu. Aslında transdüksiyon, bakteri evriminin merkezi gücü olabilir. Singapur Ulusal Üniversitesi'nde mikrobiyoloji ve immünoloji profesörü yardımcı doçenti ve çalışmanın ana ortak yazarlarından biri olan John Chen, şunları söyledi: Dönüştürme hızının çevirmeli İnternet erişimine benzer olduğunu varsayıyoruz, ancak bazılarında Bu durumda, iletkenlik geniş banda daha yakın görünüyor. Çalışmanın sonuçları, transdüksiyonun sadece yatay gen transferini daha yaygın hale getirmediğini, aynı zamanda bu bakteri ağının bakteri ve faj virüslerinin ortak seçimiyle oluşturulabileceğini göstermektedir.
Yukarıdaki resim, bakteriyel hücrelere sürekli saldıran bakteriyofaj (kırmızı) virüsünü tasvir etmektedir.Bilim adamları, bu virüsün bakteriler arasında gen aktarım sıklığının insanların bildiğinden daha hızlı olduğunu bulmuşlardır ki bu, virüslerin ve bakterilerin evrimine büyük fayda sağlar. Telif hakkı: Design_Cells
Fajlar bakteriye konduktan sonra hücre zarına nüfuz ederler ve hücreye DNA enjekte ederler. Virüs, oradan, konağın hücresel mekanizmasını ele geçirmek, sürekli olarak kendini kopyalamak ve ardından diğer bakterileri enfekte etmek gibidir. Nadir durumlarda, bakteriyel DNA fragmanları bakteriyofajlarda gizlenir ve daha sonra enfekte olmuş bakterinin genomuna eklenir.Bu genetik transfer işlemine genel transdüksiyon denir. Aslında, bakteriyofajlar başka bir seçim de yapabilirler: istemeden bakteri genomuna genlerini enjekte eder ve sonra yavaşça beklerler. İn vitro DNA'da faj, aktivasyondan önce birkaç nesil sürebilir. Bilim adamları, bakterilerin yaklaşık yarısının faj içerdiğini ve birçok bakterinin birden fazla faj içerdiğini tahmin ediyor.
Singapur Ulusal Üniversitesi'nde mikrobiyolog olan John Chen, araştırmayı yönetti ve yatay gen transferi için yeni bir mekanizma keşfetti. Fotoğraf: John Chen / Singapur Ulusal Üniversitesi'nin izniyle
Faj DNA fragmanı aktive edildiğinde, bakteriyel genomdan ayrılacak, kopyalanacak ve daha sonra DNA'sı faja paketlenecektir. İzolasyon işlemi sırasında bir hata meydana gelirse, bakteri genomunun küçük bir kısmı kopyalanacak ve faj ile paketlenecektir. Faj başka bir konakçıya bulaştırdığında, bakteriyel DNA'nın küçük bir kısmı, bir transdüksiyon işlemi yoluyla yeni konağın genomuna entegre edilir. Genel transdüksiyon olaylarının olasılığı son derece düşüktür, milyon faj başına yalnızca bir vaka meydana gelir ve özel transdüksiyon olayları daha da nadirdir. Bununla birlikte, tesadüfi olaylar, bakteriyel evrimin zaman ölçeğinde büyük fayda sağlar. Ancak bazı bakterilerin çevresel değişikliklere uyum sağlama hızı, John Chen'i şaşırttı, bu yüzden antibiyotiklere direnci çok hızlı gelişen kötü şöhretli Staphylococcus aureus'u inceledi.
İlaca dirençli stafilokok suşları hemen hemen her zaman yeni ilaçların kullanılmasından sonraki bir veya iki yıl içinde ortaya çıkar. Metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) ünlü bir örnektir: dirençli suşlar, 1950'lerde antibiyotik metisilinin ortaya çıkmasından kısa bir süre sonra ortaya çıktı ve ilaca dirençli Staphylococcus aureus artık dünyanın her yerindeki hastanelerde bulunuyor. Bir bela. Staphylococcus aureus çok hızlı bir şekilde adapte olur ve bence incelemeye değer birçok problem var. Bilinen aktarım mekanizmasının açıklaması beni tatmin etmiyor, sadece bir önsezi, bilimsel bir sonuç değil. Araştırmacılar, Staphylococcus aureus faj üretim sürecini gözlemlediklerinde garip bir fark fark ettiler: Görünüşe göre, konak genomundan herhangi bir viral DNA çıkarılmadan önce faj DNA'sı kopyalanıp paketlendi.
Profaj DNA kopyalanır ve virüs kapsülüne doldurulursa ve aynı zamanda konakçı genomuna gömülürse, bitişik bakteri DNA parçalarını ihmal etme şansı da çoğaltılır ve fajda kapsüllenir, bu da yatay gen transferini büyük ölçüde artırır. Diğer bakteri türlerinin olasılığı. Bu gecikmiş eksizyon mekanizması sentetik mutantlarda bulundu, ancak doğada hiçbir zaman bulunmadı. Penades ve Chen, bu yeni transdüksiyon mekanizmasının Staphylococcus aureus'ta doğal olarak meydana geldiğini kanıtlamakla kalmadı, aynı zamanda frekansı diğer transdüksiyon modlarından 1.000 kat daha yüksek. Beklenen sonuç gerçeklerden çok daha düşük ... Verileri bazı meslektaşlara gösterdiğimde inanamadılar. "Yanal transdüksiyon" ayrıca genel ve özel transdüksiyondan daha büyük bir genomu yakalar Artık daha büyük genom bloklarının hipermobilite olduğunu biliyoruz.
Glasgow Üniversitesi'nden bir bakteriyolog olan Jos Penades, Staphylococcus'ta faj üretiminin zamanlamasında bakteride yanal transdüksiyonun varlığını ortaya çıkarmaya yardımcı olan bir sorun olduğunu fark etti. Resim: José Penadés'in izniyle
Bu sonuçlar, bakteriyel evrim sürecinde transdüksiyonun daha önce fark ettiğimizden çok daha güçlü olduğunu gösteriyor Toronto Üniversitesi'nde mikrobiyoloji profesörü olan Alan Davidson şunları söyledi: Bu sadece uzun vadeli evrimi açıklamaya yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda kısa vadeli evrimi açıklamaya da yardımcı olur. evrim. Genomik verilerdeki bazı açıklanamayan tuhaflıklar, yanal transdüksiyon açısından daha anlamlı olabilir. Söylediklerimi daha da açıklamak için yakın zamanda yapılan bir çalışmadan alıntı yaptım: Bu çalışmada, fareler fajı aktive ederek çalışan bir antibiyotik olan siprofloksasin ile tedavi edildi. Bu tedavi, fare faj virüsünde, faj aktivasyonunun neden olduğu yanal transdüksiyonda bir artışla tutarlı olan çok sayıda antibiyotik direnç geni üretti.
Lateral transdüksiyon, "patojenite adalarının" varlığını açıklamaya yardımcı olabilir. "Patojenik ada", antibiyotik direncini aşmak ve daha ölümcül hale gelmek için kullanılabilen bir dizi bakteri genomudur. Pek çok patojenik stafilokok genomunda dağılmışlardır, ancak garip bir şekilde patojenik olmadıkları yakın akrabalarda görünmez. Bilim adamları bu modeli açıklamaya çalışırlar ve yanal transdüksiyon bunun için makul bir mekanizma sağlar. Bunu doğrulamak için çok fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmasına rağmen, bazı kanıtlar, Staphylococcus aureus'un patojenik adalarının, dünyayı dolaşmak istiyorsanız ilk seçenek olan orijinal fajın bağlanma bölgesi etrafında toplanabileceğini göstermektedir.
Fotoğraf: Lucy Reading-Ikkanda / Quanta Magazine
Penades, yanal transdüksiyonun bir hata değil, bir yenilik olabileceğine ve aynı zamanda bakteri ve konakçı arasındaki uzun vadeli barış görüşmelerinin ürünü olduğuna inanıyor. Konağın uyarlanabilirliğini ve toksisitesini artırarak virüs daha kolay yayılabilir; bakteriler için: virüsün yararlı gen ağına girmenin faydaları, fajların belirli hücreleri öldürmek için neden olduğu dolaylı hasarı aşabilir. Bakteri ve virüslerin birlikte evrimini inceleyen Dartmouth Koleji'nde doçent olan Olga Zhaxybayeva, şu uyarıda bulundu: Seçim mekanizmasının her iki taraf için de faydalı olduğunu varsaymayın, bu kesinlikle ilginç. Olasılık, ama yine de kesin değil.
Carroll Üniversitesi'nde virolog ve biyoloji doçenti olan Christine Schneider şunları söyledi: Bu sonuçlar çok şaşırtıcı, mekanizma çok ilginç, başka bakterilerde de olup olmadığını merak ediyorum. Yaygın olarak bulunur. Chen, daha fazla bakteri grubunda lateral transdüksiyonu inceleme fikrine katılıyor.Aynı zamanda, bu mekanizmanın yaygın olduğuna inanıyor ve ekip, daha fazla bakteri türünü incelemeyi ve doğal ortamda lateral transdüksiyon kanıtlarını bulmayı planlıyor. Yatay transdüksiyon yaygınsa, çok güçlü olacaktır.Tam bir gen kümesi, bir saniyede milyonlarca hatta milyarlarca yıllık evrimi atlayabilir ve daha önce hiç görülmemiş bakteri hücrelerine iletilebilir.
Boke Garden-Science Popularization Referans Dergi Edebiyatı: "bilim"
Metin: Jonathan Lambert / Quanta dergisi / Quanta Haber Bülteni
DOI: 10.1126 / science.aat5867
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
